(57)【要約】【課題】  エアスピンドルの回転駆動機構を代えて騒音、振動、発熱を抑制し、ワ−クの超精密加工を可能とする。【解決手段】  ハウジング３ａの中空部３ｄに挿嵌され、空気軸受３により浮動状態で支承された中空回転軸２の頭頂部に円板状噴射プレ−ト４を前記中空回転軸の軸心２ｆに対して垂直方向に軸承し、この円板状噴射プレ−トの内部に前記中空回転軸の軸心を通る気体通路４ａと、この気体通路の両先端部に該気体通路に直交し、かつ、中空回転軸の軸心に対し点対称に分岐路４ｃを設け、この分岐路に先端が円板状噴射プレ−トの側壁を貫通する気体排出路４ｄを設ける。前記中空回転軸２に圧縮気体を供給し、前記気体通路４ａ、分岐路４ｃおよび気体排出路４ｄを経由して圧縮気体を円板状噴射プレ−ト４外へ排出することにより円板状噴射プレ−ト４を回転させ、中空回転軸２を連れ回り回転する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの中空部に挿嵌され、空気軸受により浮動状態で支承された中空回転軸、この中空回転軸の頭頂部に円板状噴射プレ−トを前記中空回転軸の軸心に対して垂直方向に軸承し、この円板状噴射プレ−トの内部に前記中空回転軸の軸心を通る気体通路と、この気体通路の両先端部に該気体通路に直交し、かつ、中空回転軸の軸心に対し点対称に分岐路を設け、この分岐路に先端が円板状噴射プレ−トの側壁を貫通する気体排出路を設けた円板状噴射プレ−ト、および、前記中空回転軸に圧縮気体を供給し、前記気体通路、分岐路および気体排出路を経由して圧縮気体を円板状噴射プレ−ト外へ排出することにより円板状噴射プレ−トを回転可能とする回転駆動機構、とを備えるエアスピンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械のロ−タリ−テ−ブル、砥石フランジ等に使用されるエアスピンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハウジングの中空部に挿嵌され、空気軸受により浮動状態で支承されたエアスピンドル(空気軸)は、高速回転に適し、清浄運転が可能で、長寿命であり、振動も少ないことから切削機械の回転砥石を軸承するスピンドル、磁気ヘッドのスライダのスピンドル、回転粘度計のスピンドル等に利用されている。これらエアスピンドルの回転駆動手段としては、工作機械に与える振動が低く、高速・高出力に対応できる順に、（１）回転軸に直接モ−タのロ−タをビルトインする方法、（２）カップリングによる駆動、（３）ベルト駆動、が使用されている。例えば、最適な前記（１）の駆動手段を用いるものとして、ハウジングの中空部に挿嵌され、空気軸受により浮動状態で支承し、複数相の電気信号によって駆動する直流ブラシレスモ−タ（ビルトインモ−タ）により回転軸を回転させるエアスピンドルの回転軸振れを、前記直流ブラシレスモ−タに供給する各相の電気信号の振幅値およびオフセット値で調整することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３４５２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記（１）の回転軸に直接モ−タのロ−タをビルトインする方法は、他のものに比較して振動も少ないし、高速・高出力であるが、ビルトインモ−タには滑りやトルククリップに起因する低周波の振動があり、また、機械加工中の騒音も７５〜９０ｄＢもあり、より低い振動、騒音でエアスピンドルを駆動する手段の出現が望まれている。本発明は、エアスピンドルの回転駆動手段として圧縮気体を用い、高速・高出力を低減させることなく、低振動、低騒音、低発熱のエアスピンドルを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１の発明は、  ハウジングの中空部に挿嵌され、空気軸受により浮動状態で支承された中空回転軸、この中空回転軸の頭頂部に円板状噴射プレ−トを前記中空回転軸の軸心に対して垂直方向に軸承し、この円板状噴射プレ−トの内部に前記中空回転軸の軸心を通る気体通路と、この気体通路の両先端部に該気体通路に直交し、かつ、中空回転軸の軸心に対し点対称に分岐路を設け、この分岐路に先端が円板状噴射プレ−トの側壁を貫通する気体排出路を設けた円板状噴射プレ−ト、および、前記中空回転軸に圧縮気体を供給し、前記気体通路、分岐路および気体排出路を経由して圧縮気体を円板状噴射プレ−ト外へ排出することにより円板状噴射プレ−トを回転可能とする回転駆動機構、とを備えるエアスピンドルを提供するものである。
【発明の効果】
【０００５】
圧縮気体の供給により回転する円板状噴射プレ−トの回転駆動力によりエアスピンドルは空気軸受回りに回転する。よって、従来の駆動方法で発生していたモ−タやベルトからの発熱がスピンドルに伝わるのが抑制されるとともに、振動もエアスピンドルの回転駆動初期に短時間生じるのみで、機械加工中は殆ど生じない。また、騒音もエアスピンドルの回転駆動初期１〜２分間は圧縮気体の噴出音が５５〜８０ｄＢであるが、その後のスピンドル回転中の騒音は、３０〜５５ｄＢ程度と低い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（実施例）
以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明のエアスピンドルを用いたロ−タリ−テ−ブルの断面図、図２はその平面図で、図１においてＩ−Ｉ線での切断図である。図３は、円板状噴射プレ−トに設けられた気体通路の様々なパタ−ンを示す断面図である。
【０００７】
図１および図２に示すロ−タリ−テ−ブル１において、２は中空回転軸（スピンドル）、３は空気軸受（エアベアリング）、４は円板状噴射プレ−ト、５は回転駆動機構である。前記中空回転軸２は、例えば、頭頂キャップ部２ａ、ニップル２ｂ、ソケット２ｃ、ロ−タリ−ジョイント２ｄおよびロ−タリ−ジョイントエルボ２ｅで構成されている。エルボ２ｅの先端は、回転駆動機構５の圧縮空気供給管５ａに接続され、圧縮空気供給管５ａのその先は流量計５ｂ、絞り弁５ｃおよび第二コンプレッサ５ｄに接続されている。エルボ２ｅは圧縮空気供給管５ａに接続されているため回転しないが、頭頂キャップ部２ａ、ニップル２ｂ、ソケット２ｃおよびロ−タリ−ジョイント２ｄは、中空回転軸２の軸心２ｆ回りに回転可能である。エルボ２ｅを付すロ−タリ−ジョイント２ｄは、例えば、日本ピスコ株式会社よりハイロ−タリ−ジョイントの製品名で入手できる。
【０００８】
空気軸受３は、断面凹部形状の空気軸受基台３ｂ上にハウジング３ａをボルト締め８して設け、このハウジング３ａ上にロ−タ部３ｃを有し、これら空気軸受基台３ｂ、ハウジング３ａおよびロ−タ部３ｃの中央部は円筒筒に刳り貫かれており、これら刳り貫き全体として中空部３ｄを形成する。この中空部３ｄ内に前記中空回転軸２は挿嵌されている。ハウジング３ａの側壁には給気パイプ３ｅが接続され、その一端は前記中空部３ｄに連通しており、他端は第一コンプレッサ３ｆに接続されており、中空部３ｄに加圧気体を供給し、中空部３ｄの圧力を一定圧（例えば５ｋｇｆ／ｃｍ2）に保ち、中空回転軸に高い剛性（例えば、４〜７ｋｇｆ／μｍ）を与える。空気軸受は、キャノン株式会社よりＡＢ−４０ＲＶＣ、ＡＢ−１００Ｒ、ＡＢ−４００Ｒ等のグレ−ド名で市販されているので、これに、中空回転軸２、円板状噴射プレ−ト４、回転駆動機構５等を取り付ける。
【０００９】
円板状噴射プレ−ト４は、前記中空回転軸２の頭頂キャップ部（頭頂部）２ａに該中空回転軸の軸心に対して垂直方向に軸承し、前記空気軸受３のロ−タ部３ｃにボルト６で締め付けて固定する。この円板状噴射プレ−ト４は、中央が刳り貫かれ、表面に気体通路用溝が設けられている円板４ｍと中央に頭頂キャップ部２ａが嵌まる凹部を有し、表面に気体通路用溝が設けられている円板４ｎの２枚により構成される。気体通路溝は、この２枚の円板を組み合わせた円板状噴射プレ−ト４が、その内部に前記中空回転軸の軸心２ｆを通る気体通路４ａと、この気体通路の両先端部４ｂに前記気体通路に直交し、かつ、中空回転軸の軸心２ｆに対し点対称に分岐路４ｃを設け、この分岐路に先端が円板状噴射プレ−トの側壁を貫通する気体排出路４ｄが設けられるように形成されている。これら気体通路４ａ，４ｃ，４ｄの幅は３〜６ｍｍであり、前記気体排出路４ｄの先端に、先端の孔径が０．５〜２ｍｍの給気絞り４ｅをねじ込むことにより円板状噴射プレ−ト４回転時の振れをより小さくしている。
【００１０】
気体排出路４ｄが設けられる分岐路４ｃの反対側は盲栓４ｆをし、および分岐路４ｃの気体通路両先端部４ｂ延長線上の気体通路も盲栓４ｇをし、中空回転軸２に圧縮気体が供給され、円板状噴射プレ−ト４の前記気体通路４ａ，分岐路４ｃ，気体排出路４ｄ，給気絞り４ｅを経由して圧縮気体を円板状噴射プレ−ト４外へ排出することにより円板状噴射プレ−ト４が中空回転軸の軸心２ｆ回りに回転されるようにする。円板状噴射プレ−ト４部分の表面部は、給気絞り４ｅを設ける給気絞り４ｅの納まりを容易とするため、および盲栓４ｆの取り付けを容易とするため、略三角状の空所４ｈを設けるとともに、ロ−タリ−テ−ブルとして使用される場合のワ−クを固定する治具を固定できる孔４ｉを設けたり、砥石フランジを固定できる孔４ｉを設ける。
【００１１】
これら気体通路は、前記中空回転軸の軸心２ｆを気体通路４ａが通り、気体供給機構５から供給される圧縮気体を受け取ることと、少なくとも一対の気体排出路４ｄが軸心２ｆに対し点対称に円板状噴射プレ−ト４に設けられることが必要で、そのパタ−ンは、図２に示すように二対の気体排出路４ｄを有する卍パタ−ンであっても良いし、図３に示す種々のパタ−ンが円板状噴射プレ−ト４の直径、重量により変更される。図３ａは、一対の気体排出路４ｄを有するパタ−ン、図３ｂは三対の気体排出路４ｄを有するパタ−ン、図３ｃは四対の気体排出路４ｄを有するパタ−ンを示す。
【００１２】
回転駆動機構５は、空気軸受の基台３ｂの凹部に設けたエルボ２ｅを介して圧縮空気供給管５ａを接続し、この圧縮空気供給管５ａの先に流量計５ｂ、絞り弁５ｃおよび第二コンプレッサ５ｄを接続している。圧縮気体（通常は加圧空気）の供給量は、円板状噴射プレ−ト４の直径、重量により異なるが、４〜５０リットル／分でこの供給量により、中空回転軸２の回転数は、１００〜４０，０００ｒｐｍと調整できるので、流量計５ｂを見ながら絞り弁５ｃの開閉度を調整して第二コンプレッサから供給される圧縮気体の流量を調整し、機械加工中の中空回転軸２の回転数が所望の一定回転数となるよう調整する。圧縮気体は、加圧された空気、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、炭酸ガス等が使用される。不活性ガス雰囲気下の機械加工でなければ、加圧空気を用いるのが安価である。
【００１３】
図１および図２で示されるエアスピンドル１を研磨装置のロ−タリ−テ−ブルとして使用する場合、円板状噴射プレ−ト４上に治具を用いてワ−クを固定し、ついで、第一コンプレッサより圧縮空気を供給して空気軸受３の中空部の圧力を５ｋｇｆ／ｃｍ２に保ち、ついで、第一コンプレッサより圧縮空気を供給して円板状噴射プレ−ト４を回転させることにより中空回転軸２を回転させる。絞り弁５ｃの絞り度（開閉度）を調整して中空回転軸２の回転数を一定とする。このようにして円板状噴射プレ−ト４上で一定回転数で回転するワ−ク表面に、上方側より回転しているスピンドルに軸承された研磨パッドを下降させて研磨パッドをワ−ク表面に当接させ、摺動させ、ワ−ク表面の研磨を行う。研磨終了後は、研磨パッドを上昇させ、ワ−ク表面より遠ざけた後、第二コンプレッサおよび第一コンプレッサからの加圧空気の供給を止め、円板状噴射プレ−ト４の回転を止める。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明のエアスピンドル１は、中空回転軸（スピンドル）２が圧縮気体で駆動されるので、発熱、騒音、振動が抑えられ、超精密加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のエアスピンドルを用いたロ−タリ−テ−ブルの断面図である。
【図２】ロ−タリ−テ−ブルの平面図で、図１においてＩ−Ｉ線での切断図である。
【図３】円板状噴射プレ−トに設けられた気体通路の様々なパタ−ンを示す断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１    エアスピンドル
２    中空回転軸
３    空気軸受
４    円板状噴射プレ−ト
４ａ  気体通路
４ｄ  気体排出路
４ｅ  給気絞り
５    回転駆動機構
【図１】
2005147379.tif 000003
【図２】
2005147379.tif 000004
【図３】
2005147379.tif 000005